一、电离辐射对生物大分子作用的基本原理 生物分子损伤是一切辐射生物效应的物质的基础。而生物分子损伤与自由基生成密切相关。自由基(free radical)是指一些独立存在的、带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。自由基是最大特性是化学不稳定性和高反应性,寿命很短,·OH(氢氧自由基)的平均寿命为 10-9~10-8s,生物分子自由基也多在10-6~10-4s 之间。 1.生物分子自由基的生成:有两种方式: (1)直接作用:电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化,生成生物分子自由基,如: T 为电离辐射作用的靶分子,T+和T*为电离产生的正离子自由基和激发形成的激发态分子。正离子自由基分解生成生物分子、中性自由基T·和离子;激发态分子解成两个自由基T·和H·。 (2)间接作用:电离辐射作用于生物分子的周围介质(主要是水)生成水射解自由基,这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基,称次级自由基。水辐射分解见图3-1。 图 3-1 水辐射分解生成自由基简图 水辐射分解生成的自由基与生物分子作用: 2.生物分子损伤与修复:生物分子自由基生成后迅速起化学反应,两个自由基不配对电子相互配对,或是不配对电子转移给另一个分子,造成分子化学键的变化,引起生物分子破坏。自由基反应能不断地生成新自由基,继续与原反应物起反应,形成连锁反应,使生物分子损伤的数量不断扩大,直到出现歧化反应(dismu tation),生成两个稳定分子。 被损伤的生物分子,可以通过各种方式进行修复。在自由基反应阶段(10-5s 内)若介质中存在能供氢的分子,如含巯基化合物(谷胱甘肽 G-SH 等),则生物分子自由基可被修复,称化学修复。 在有O2 情况下,生物分子自由基被氧化成超氧自由基而难以修复。这可用以解释氧能增强辐射效应的原理。 二、电离辐射对DNA 的作用 DNA 是细胞增殖、遗传的物质基础,是引起细胞生化、生理改变的关键性物质。DNA 是电离辐射作用的靶分子,在细胞辐射损伤中起重要作用。 (一)DNA 分子损伤 1.碱基变化(DNA base change):有下列几种:(1)碱基环破坏;(2)碱基脱落丢失;(3)碱基替代,即嘌呤碱被另一嘌呤碱替代,或嘌呤碱被嘧啶碱替代;(4)形成嘧啶二聚体等。4种碱基的辐射敏感性依次为 T>C>A>G。 2.=DNA 链断裂(DNA molecu lar breakage):是辐射损伤的主要形式。磷酸二酯键断裂,脱氧核糖分子破坏,碱基破坏或脱落等都可...